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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 초음파환원법을 이용하여 은나노메탈을 이산화티탄 표면에 균일하게 도핑하고, 이렇게 얻어진 Ag-TiO2 복합체의 광촉매 특성 및 이산화티탄 표면에 도핑된 은나노메탈의 양, 전처리 광조사의 강도, Ag-TiO2 첨가량에 따른 미생물의 항균효과를 연구하였다. 특히 Ag 전구체의 첨가량에 따라 TiO2 표면에 도핑되는 Ag 나노메탈의 농도를 제어하고 이렇게 제조된 Ag-TiO2 복합체의 광촉매 분해반응과 E-coli 사멸에 대한 항균효과를 살펴보았다.
- 특히 Ag 전구체의 첨가량에 따라 TiO2 표면에 도핑되는 Ag 나노메탈의 농도를 제어하고 이렇게 제조된 Ag-TiO2 복합체의 광촉매 분해반응과 E-coli 사멸에 대한 항균효과를 살펴보았다. 또한 이산화티탄 표면에 나노메탈의 도핑이 광촉매 및 항균효과에 미치는 작용기작에 대해서도 간단한 고찰을 수행하였다.
제안 방법
- 10 mL의 Ag-TiO2 (0.2 mg/mL) 수용액과 메틸오렌지(30 ppm) 수용액 40 mL를 섞은 혼합용액이 들어있는 용기에 UV (< 400 nm)를 2 h 조사하여 광촉매 분해반응을 진행하였다.
- UV 조사에 의한 Ag-TiO2 광촉매 활성도는 메틸오렌지가 광분해된 후 잔류된 성분의 농도와 초기농도 간의 차이를 비교함으로써 이루어졌다. 10 mL의 Ag-TiO2 (0.
- 대장균과 나노분말 수용액을 각각 0.1 mL 도말한 고체배지는 태양광모사 제논램프로부터 600∼1800 µW/cm2의 세기로 30 min간 조사를 하였으며, 이때 광원과 도말된 고체배지 사이의 거리는 약 20 cm를 유지하였다.
- 도말된 평판배지를 태양광모사 제논램프로부터 1800 µw/cm2의 빛을 약 30 min간 조사한 후 37 ℃ 미생물 배양기에 하루 동안 배양하여 생성된 콜로니의 개수를 측정하였다.
- 따라서 은나노메탈 도핑량이 다른 Ag-TiO2와 E-coli를 함께 고체배지에 도말한 후 초기 30 min 간 1200 µw/cm2의 빛을 조사한 후 37 ℃에서 하루 동안 배양하여 항균성의 차이를 고찰하였다.
- 본 연구에서는 초음파환원법을 이용하여 이산화티탄(TiO2) 나노 미립자 표면에 은나노메탈을 도핑하고, 이때 얻어진 Ag-TiO2 복합체의 항균효과를 고찰하였다. 실험결과 도핑 되는 은나노메탈의 양이 증가할수록, 태양광모사 제논램프로부터 30 min간 초기 조사되는 빛의 세기가 증가할수록, 그리고 Ag-TiO2 주입량이 증가할수록 대장균 사멸에 대한 항균효과는 증가하는 것으로 나타났다.
- 액상배지에서 하루 동안 충분한 농도로 하루 동안 배양한 대장균을 샘플링한 후 1/5000로 희석하여 고체 평판배지에 도말한 후에 Ag-TiO2 나노분말 수용액(10 mg Ag-TiO2/50 mL H2O) 일정양(0.1∼0.8 mL)을 함께 도말하였다.
- 첨가량에 따른 미생물의 항균효과를 연구하였다. 특히 Ag 전구체의 첨가량에 따라 TiO2 표면에 도핑되는 Ag 나노메탈의 농도를 제어하고 이렇게 제조된 Ag-TiO2 복합체의 광촉매 분해반응과 E-coli 사멸에 대한 항균효과를 살펴보았다. 또한 이산화티탄 표면에 나노메탈의 도핑이 광촉매 및 항균효과에 미치는 작용기작에 대해서도 간단한 고찰을 수행하였다.
대상 데이터
- Ag 나노메탈이 도핑된 이산화티탄 나노분말(P25 Degusa)은 초음파 환원법을 이용하여 제조하였다. Figure 1에서 보는 바와 같이 반응기에 50 mL의 HPLC 순수에 이산화티탄분말 1 mg을 넣고 질소 분위기하에서 약 10 min 동안 교반을 시켜주었다.
성능/효과
- 이러한 실험결과는 Ag-TiO2를 이용한 메틸오렌지 광분해 효율 양상과는 다른 경향을 나타내주었고, 결국 Ag-TiO2의 항균효과는 은나노 도핑량에 비례하는 것으로 나타났다. 결론적으로 TiO2 표면에 도핑된 은나노메탈의 농도가 증가할수록 Ag-TiO2의 항균성도 증가함을 알 수 있었다.
- 8 mL AgNO3 첨가)의 경우에는 빛의 조사세기 변화에 따라 (1200 µw/cm2 → 600 µw/cm2) 약 5% 이내로 생존율 격차를 나타내 주었다. 결론적으로 초음파환원법으로 제조된 Ag-TiO2의 경우 초기 30 min간 일정세기 빛의 조사 하에서 은나노 도핑량이 증가하면 충분한 항균효과를 나타내줄 수 있음을 알 수 있었다.
- 이러한 은나노메탈 항균효과는 Pratsinis 등의 연구에서 확인한 바와 같이 나노실버의 사이즈가 10 nm 이하의 경우에는 Ag+ 이온의 녹아 나옴이 상대적으로 용이하여 Ag+ 이온에 의한 항균효과가 우세하게 나타난다고 보고한 바 있다[22]. 따라서 나노실버의 도핑양이 많은 Ag-TiO2 (0.6 mL AgNO3 첨가)의 경우에 Ag-TiO2 (0.2 mL AgNO3 첨가)보다 광촉매 효율은 낮으나 대장균 사멸에 대한 항균효과는 더 크게 나타남을 알 수 있었다. 따라서 은나노메탈은 TiO2 광분해율의 향상뿐만 아니라 도핑 된 은나노메탈의 접촉 혹은 Ag+ 이온의 용출 효과를 통해서 세포의 사멸을 유도함으로써 항균성의 향상을 가져왔다.
- 2 mL AgNO3 첨가)보다 광촉매 효율은 낮으나 대장균 사멸에 대한 항균효과는 더 크게 나타남을 알 수 있었다. 따라서 은나노메탈은 TiO2 광분해율의 향상뿐만 아니라 도핑 된 은나노메탈의 접촉 혹은 Ag+ 이온의 용출 효과를 통해서 세포의 사멸을 유도함으로써 항균성의 향상을 가져왔다.
- 또한 첨가되는 Ag-TiO2의 주입량이 0.1 mL → 0.3 mL로 증가함에 따라 고체배지에 생성된 콜로니의 개수가 급격히 감소함을 알 수 있었다.
- 복합체의 항균효과를 고찰하였다. 실험결과 도핑 되는 은나노메탈의 양이 증가할수록, 태양광모사 제논램프로부터 30 min간 초기 조사되는 빛의 세기가 증가할수록, 그리고 Ag-TiO2 주입량이 증가할수록 대장균 사멸에 대한 항균효과는 증가하는 것으로 나타났다. 반면에 은나노메탈의 도핑양이 과량일 경우 오히려 Ag-TiO2 광촉매 활성은 감소하는 결과를 나타내주었다.
- 6 mL로 증가된 경우에는 오히려 Ag-TiO2의 광촉매 분해율이 감소하는 경향을 나타내주었다. 이러한 결과는 이산화티탄 표면에 도핑된 은나노의 양이 증가할수록 오히려 Ag-TiO2 광촉매 활성도에는 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 즉, TiO2 표면에 도핑된 은나노메탈의 농도가 증가할수록 E-Coli의 생존율은 지속적으로 감소함을 나타내주었다. 이러한 실험결과는 Ag-TiO2를 이용한 메틸오렌지 광분해 효율 양상과는 다른 경향을 나타내주었고, 결국 Ag-TiO2의 항균효과는 은나노 도핑량에 비례하는 것으로 나타났다. 결론적으로 TiO2 표면에 도핑된 은나노메탈의 농도가 증가할수록 Ag-TiO2의 항균성도 증가함을 알 수 있었다.
- 반면에 은나노메탈의 도핑양이 과량일 경우 오히려 Ag-TiO2 광촉매 활성은 감소하는 결과를 나타내주었다. 이러한 실험결과는 광촉매 활성에 있어서는 적절한 양의 은나노 도핑이 필요하나 항균효과에 있어서는 도핑 되는 은나노메탈의 양이 증가할수록 더 효과적임을 나타내주었다. 즉, Ag-TiO2 복합체의 항균효과는 광분해 반응에 따른 대장균 사멸뿐만 아니라, 은나노메탈의 세포접촉 혹은 Ag+ 이온의 용출을 통해 지속적인 대장균 사멸효과를 나타내주었다.
- 조사되는 빛의 세기가 각각 1800 µw/cm2 (Figure 4), 1200 µw/cm2 (Figure 5)의 결과와 비교해보면, Ag-TiO2의 항균효과는 초기 조사되는 빛의 세기가 감소함에 따라 감소하는 것을 알 수 있었다.
- 이러한 실험결과는 광촉매 활성에 있어서는 적절한 양의 은나노 도핑이 필요하나 항균효과에 있어서는 도핑 되는 은나노메탈의 양이 증가할수록 더 효과적임을 나타내주었다. 즉, Ag-TiO2 복합체의 항균효과는 광분해 반응에 따른 대장균 사멸뿐만 아니라, 은나노메탈의 세포접촉 혹은 Ag+ 이온의 용출을 통해 지속적인 대장균 사멸효과를 나타내주었다. 향후 Ag-TiO2 나노복합체의 기능성(광분해, 항균성) 강화를 통해서 다양한 응용분야(항균필터, 광촉매소재, 전극소재)에 적용이 가능할 것으로 사료된다.
- 2 mL AgNO3)의 항균 효과(E-Coli 사멸율)는 약 2배 이상 향상된 결과를 나타내주었다. 즉, TiO2 표면에 도핑된 은나노메탈의 농도가 증가할수록 E-Coli의 생존율은 지속적으로 감소함을 나타내주었다. 이러한 실험결과는 Ag-TiO2를 이용한 메틸오렌지 광분해 효율 양상과는 다른 경향을 나타내주었고, 결국 Ag-TiO2의 항균효과는 은나노 도핑량에 비례하는 것으로 나타났다.
- 2%로 나타났다. 초음파환원법에 의해 제조된 Ag-TiO2는 소량의 첨가에 의해서도 뛰어난 항균효과를 나타내 주었으나, 순수한 TiO2가 첨가된 경우에는 상대적으로 항균효과가 많이 떨어지는 것을 알 수 있었다.
- 초음파환원법을 이용한 Ag-TiO2 복합체 제조시 AgNO3 전구체 첨가량에 따라 TiO2 표면에 도핑되는 은나노메탈의 개수(혹은 농도)가 달라지는 것을 알 수 있었다(Figure 2 참조). 따라서 은나노메탈 도핑량이 다른 Ag-TiO2와 E-coli를 함께 고체배지에 도말한 후 초기 30 min 간 1200 µw/cm2의 빛을 조사한 후 37 ℃에서 하루 동안 배양하여 항균성의 차이를 고찰하였다.
후속연구
- 즉, Ag-TiO2 복합체의 항균효과는 광분해 반응에 따른 대장균 사멸뿐만 아니라, 은나노메탈의 세포접촉 혹은 Ag+ 이온의 용출을 통해 지속적인 대장균 사멸효과를 나타내주었다. 향후 Ag-TiO2 나노복합체의 기능성(광분해, 항균성) 강화를 통해서 다양한 응용분야(항균필터, 광촉매소재, 전극소재)에 적용이 가능할 것으로 사료된다.
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